蓄冷技术概述ppt课件

1、空调蓄冷技术,第一章 蓄冷系统概论,发展蓄冷技术的社会背景,我国的电力供应紧张 1、电网负荷率低、系统峰谷差大，高峰供电不足。电网的峰谷差占高峰负荷的比例已高达25%30%。用电结构变化，工业用电相对减少，城市生活、商业用电快速增长，造成电网高峰限电，低谷用不上去的问题。 目前在北京和淅江建设蓄能电站解决。,2、城市电力消费增长迅速，而城市电网不能适应，造成有电送不出、配不下的局面。尤其是在炎热的夏季，用电负荷骤增，许许多多在中城市都出现配电设备超载运行的情况。,解决办法： 增加电力投入； 节约使用能源。通过经济的、技术的、行政的和法律的手段，鼓励用户节约用电，移峰填谷。,空调蓄冷技术 在电力

2、负荷很低的夜间用电低谷期，采用制冷机制冷，利用蓄冷介质的显热或潜热特性，用一定方式将冷量存储起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，把存储的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要。,一、蓄冷技术简介,蓄能空调：就是利用蓄能设备在空调系统不需要能量的时间内将能量储存起来，在空调系统需要的时间将这部分能量释放出来。 潜热蓄能：将物质发生相变时所吸收或释放的热能储存起来。待需要时再释放出来。 冰蓄冷：利用潜热蓄能的原理将冷量以冰的形式储存起来。每1千克冰变成水需要吸收80千卡的热量(334kJ/kg)。,显热蓄能：将物质发生温度变化时所吸收或释放的热能储存起来。待需要时再释放出来。 水

3、蓄冷/热：就是利用显热蓄能将冷量/热量储存起来。每1千克水发生1的温度变化会向外界吸收/释放1千卡的热能。,蓄冷设备：用来储存水、冰或其它介质的设备，通常是一个空间或一个容器。蓄冷设备也可能是一个可以存放蓄冷介质的热交换器如结冰盘管等。 蓄冷系统：包括了蓄冷设备、制冷设备、连接管路及控制系统。 蓄冷空调系统：蓄冷系统与空调系统的总称。,1930年前后，美国在教学、剧院和乳品厂这类间歇使用、负荷集中的场所使用冰蓄冷供冷方式 20世纪70年代以来，世界范围的能源危机促使蓄冷技术迅速发展。美国、加拿大和欧洲一些国家重新将冰蓄冷技术引入建筑物的空调 日本冰蓄冷的实用化大约只有10余年，但已有30多家公

4、司的40余种不同的系统存在,二、国内外蓄冷技术的历史、现状及发展方向,80年代末北京首都体育馆空调系统被改造为水蓄冷空调系统，深圳科技大厦引进国外技术采用冰球蓄冷装置的冰蓄冷技术 1995年4月我国成立了“全国蓄冷空调研究中心” 1996年5月组建“全国蓄冷空调节能技术工程中心” 北京西冷工程公司研制的有压罐式齿球蓄冷器已获国家专利,二、国内外蓄冷技术的历史、现状及发展方向,全国冰蓄冷+水蓄冷空调项目数量统计 （按地区分）,浙江省（69项）、北京市（68项）、江苏省（59项）、广东省（36项）、山东省（31项）、上海市（29项）、湖北省（27项）和四川省（24项） 。但是，由表1可见，已建的蓄

5、冷空调工程主要是集中在城市建设和经济发展迅速、同时电力紧缺的北京市和东南沿海地区。预计今后这种蓄冷技术将会在中国更广大的地区得到应用和推广。,蓄冷技术发展方向 1、建立区域性蓄冷空调供冷站 2、建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统 3、开发新型的蓄冷空调机组 4、开发新型的蓄冷技术 如直接接触式冰蓄冷；气体水合物蓄冷；过冷水蓄冷 5、开发新型蓄冷蓄热介质 6、发展和完善蓄冷技术理论和工程设计方法 7、建立客观公正的蓄冷空调系统经济分析和评估方法,三、蓄冷空调技术优点,宏观效益 转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差 减少新建电厂投资 减少环境污染，有利于生态平衡 充分利用有限的不可再生资源,三、蓄

6、冷空调技术特点,微观（用户）效益 减少主机装机容量和功率可达30%40% 相应减少冷却塔、水泵、输变电系统的装机容量和功率 设备满负荷运行比例增大，可充分提高设备利用率 减少一次电力投资费用，包括增容费、变压器、配电柜等,微观（用户）效益 利用分时电价，可节省大量的运行费用 可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷，提高空调系统运行可靠性。 制冷设备大多处于满负荷的运行状况，减少开停机次数，延长设备寿命。,三、蓄冷空调技术特点,缺点： 空调蓄冷系统的一次性投资比常规空调系统要高。如果计入供电增容费及用电集资费等，有可能投资相当或增加不多。,三、蓄冷空调技术特点,蓄冷空调的节能问题：

7、 节能：机组满负荷、长时间运行，效率高； 夜间运行，冷凝温度低； 不节能：增加了蓄冷环节，换热温差增大； 冰蓄冷低蒸发温度运行，COP低；to低1，耗电增3%。 蓄冷设备的冷量损失。,1、 商场、宾馆、饭店、办公楼等冷负荷高峰和用电高峰基本相同，持续时间长的场合。（日本现在已开发出带蓄冷的小型空调机组，用在一些民用和商用建筑上。） 2、 体育馆、食品加工、啤酒工业、奶制品工业等用冷量大，绝大多数空调负荷在白天的行业。 3、适合于改扩建空调工程。现有空调系统能力已不能满足负荷需要，需要扩大供冷量的场所，这时可以不增加主机，改造成冰蓄冷系统 4、作为应急冷源，如医院、计算机房、军事设施、电话机房和

8、易燃易爆物品仓库等。,四、蓄冷空调适用场合,（一）水蓄冷 利用水的显热进行冷量储存。具体来讲，就是利用47的低温水进行蓄冷。 优点是：投资省，技术要求低，维护费用少，可以使用常规空调制冷机组，而且冬季可以用于蓄热，适宜于既可蓄冷又可蓄热的空调热泵机组。,五、蓄冷空调形式,（一）水蓄冷 缺点:只能利用 8温差，故系统有占地面积大、冷损耗大、防冻保温麻烦等。 适用:现有常规制冷系统的扩容或改造，可以在不增加机组容量的情况下提高供冷能力。另外，水蓄冷系统可利用消防水池、蓄水设施或建筑物地下室作为蓄冷容器，从而进一步降低系统的初投资，提高系统的经济性,五、蓄冷空调形式,（二）冰蓄冷 优点： 节约系统设

9、备投资； 施工量和材料消耗量也相应减少； 建筑物可用空间有所增大； 风扇和水泵设备容量的减小，耗电量小，运行费用少； 蓄冷密度大，蓄冷温度几乎恒定，体积只有水蓄冷的几十 分之一，便于储存，对蓄冷槽的要求较低，占用的空间小，容易做成标准化、系列化的标准设备。同时，冰蓄冷槽可就地制造，为广泛应用创造了有利条件。,五、蓄冷空调形式,（二）冰蓄冷 缺点： 制冷机组的蒸发温度降低（要达到510），使压缩机性能系数（COP）减小； 空调系统设备与管路比水蓄冷空调系统复杂； 用冰蓄冷低温送风会导致空气中的水分凝结，送到空调区空气量不足等现象,五、蓄冷空调形式,水蓄冷与冰蓄冷的比较,水蓄冷:水蓄冷的体积是冰的

10、16倍（按水5度温升算，实际水蓄冷槽是冰蓄冷槽的7倍），其占地面积不容忽视，这在一定程度上制约水蓄冷的发展。但无需增加制冷机组容量，如果有条件利用消防水池、既有蓄水设施作为蓄冷容器，选择水蓄冷系统可以大大节约投资。 冰蓄冷：蓄冷密度高，冰蓄冷槽体积较小，温度稳定，便于控制，设计灵活性强。故冰蓄冷的优势比较明显，它是目前空调蓄冷的主要方式，其发展空间较大。,（三）共晶盐蓄冷 利用固液相变特性蓄冷的另一种形式。蓄冷介质主要是由无机盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合,相变温度约89的共晶盐蓄冷材料，其原理类似冰蓄冷，利用材料相变蓄存冷量，但一般都在高温下相变，故冷机及系统类似于水蓄冷。 主要物质：Na

11、2SO4 10H2O 相变潜热121kJ/kg,五、蓄冷空调形式,（三）共晶盐蓄冷 共晶盐蓄冷槽的体积比冰蓄冷槽大，比水蓄冷槽小。其主要优点在于它的相变温度较高，可以克服冰蓄冷要求很低的蒸发温度的弱点，并可以使用普通的空调冷水机组，虽然其相变温度较高，但由于蓄能密度低、设备占地面积大，对设备要求较高，所以推广应用受到一定限制。 （四）气体水合物蓄冷 利用某些气体与水在一定压力和温度下，形成坚实的网络状结晶体，并放出反应热的现象，制成“暖冰”。 如R12、R134a等都有这种现象，结晶温度R134a为10 。潜热358kJ/kg,五、蓄冷空调形式,六、运行模式,运行模式是指蓄冷系统以设计循环周期

12、（如设计日或周等）的负荷及其特点为基础，按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷连同制冷机组共同供冷作出最优的运行安排考虑。一般可归纳为全部蓄冷模式和部分蓄冷模式。,六、运行模式,（一）全部蓄冷模式 全部蓄冷时，蓄冷设备要承担空调所需的全部冷量，故蓄冷设备的容量较大。该运行策略适用于白天供冷时间较短的场所或峰谷电差价很大的地区。,六、运行模式,（一）全部蓄冷模式,六、运行模式,（二）部分蓄冷模式 夜间非用电高峰时制冷设备运行,储存部分冷量,白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担,另一部分则由制冷设备承担。,六、运行模式,（二）部分蓄冷模式,制冷量Q,时间h,蓄冷,蓄冷,放冷,制冷机

13、制冷,就选择的制冷机容量而言，常规系统最大，全部蓄冷系统次之，部分蓄冷系统最小。 部分蓄冷策略的经济性较好，应用得较为广泛。尽管其“移峰”能力不如全部蓄冷策略那么高但初投资相对较低，特别是均衡负荷系统初投资最少。从系统组成、设备投资、系统运行可靠性和运行费用等方面综合考虑，部分蓄冷策略易为用户接受。,思考题,1、蓄冷技术原理？ 2、蓄冷空调的形式有哪些? 3、水蓄冷空调和冰蓄冷空调比较，各自有何优缺点? 4、蓄冷空调有哪几种运行模式?哪种更经济？为什么? 5、蓄冷空调适用的场合?,冰蓄冷系统与一般制冷系统的对比,一般制冷电能需求的峰值问题： 由于电能的大量消耗,电厂的成本越来越高 在紧张时间段

14、内,电能费用更加昂贵 有时电能需求得不到满足 在离峰以外时间，电力需求减少，生产过剩形成浪费。 冰蓄冷系统用于消除用电高峰 将空调负荷转移到峰值以外的时间 选择较小的冷水机获得最佳“参差率” 获得较好的投资回收率,冷水机组负载,冷水机组负载 系统冷量是按建筑物最高负荷设计 全日制冷周期中有负荷波峰出现，即14:00-18:00之间 机组的“参差率”低,为什么采用冰蓄冷系统？,电能需求曲线,电能需求曲线分析,从电能需求曲线中可以看到一天中冷凉需求的高峰持续的时间并不是很长，那么为了满足最大需求冷量就要求制冷机组的制冷量达到最大需求冷量。这样就需要大制冷量的机组，而如果采用冰蓄冷系统就不需要采用那

15、么大冷量的机组，这既节省了在制冷机组上的投资，也可使机组全天均匀平稳的运行。这一点可从以下的原理是一种看出来。,原理,冷水机组在夜间低峰时段制冰储存，储存的冷量供次日空调负荷的应用。图中晚上18点到早上8点的深蓝色区域为制冰储存的冷量，早上8点到晚上18点的深蓝色区域为用储存的冰制冷的冷量。,蓄冰系统分类,全蓄冰系统 高峰以外时段制成的冰或冰球，其冷量要达到次日空调负荷所需。 冷水机组用于夜间制冰 机组的平均负荷（冷吨小时）小于日间制冷需求负荷,蓄冰系统分类,部分蓄冰系统 主机在高峰以外时段制冰，在空调时段主机持续运转结合储冰设备以满足设计日空调负荷需要。 部分蓄冰费用较全部蓄冰系统经济。 冷

16、水机组的平均负荷较全部蓄冰系统更低,冰蓄冷系统,主要冰蓄冷系统应用 外部融化(外融冰系统) 内部融化(内融冰系统),内-外部融冰,外部溶冰方式,内部溶冰方式,冰盘管（外部融冰）,定义： 温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰槽，使盘管表面的冰层自外向内逐渐融化。 制冰与融冰的工作过程 制冰循环 开始制冰时，冰槽内充满水，低温乙二醇水循环经盘管进口到出口，吸收冰槽水的热量；此时冰水泵不动作，小空气泵在槽内制造气泡造成水流扰动，水接触到盘管逐渐冻结而结成冰。冰的厚度由设计者决定。一般约在“11-1/2”。 空调循环 在白天空调循环时，冰水泵运转系统水流，使水在冰槽内接触冰而降温，冰的融化

17、使水的温度由进水温度降到出水温度。,冰盘管（外部融冰）,优点 空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快 不需要二次换热装置 缺点 蓄冰槽的蓄冰率低，蓄冰槽容积大 盘管外表面结冰不均匀，易形成水流死角 需要采取搅拌措施，促进冰的均匀融化,冰盘管（内部融冰）,制冰与融冰的工作过程 制冰循环 开始制冰时卤水（通常为乙二醇溶液）流经储冰槽内使水冻结。 空调循环 在空调循环时，来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂仍在盘管中循环，通过盘管换热将外表面冰层自内向外逐渐融化进行取冷,冰盘管（内部融冰）,优点 盘管外表面融冰均匀，不易形成水流死角 不需要采取搅拌措施，以促进冰的均匀融化 缺点 空调回水与冰间

18、有很薄的水层，融冰换热热阻较大 多采用细管、薄冰层蓄冰,t= 5/9(F-32),释冷,蓄冷,冰球,制冰与融冰的工作过程 制冰过程 密封球体内的结冰过程适是伴随有相变的导热与自然对流的复杂换热过程，而且在实际应用中又是许多球体堆集在一个圆柱形蓄冷罐内，载冷剂从球间流过，球体也有可能在一定范围内自由移动，因此，冰球的蓄冷冷结是很复杂的三维传热问题。 融冰过程 相对冻结过程，冰球的融冰过程更加复杂一些，因为融冰过程球中的冰块是活动的，在发生相变的同时，冰块首府力作用上下浮动，固液相界面条件非常复杂。,冰球蓄冷的特点,在蓄冰槽，因外部形状均匀，水流阻力最小，且均匀吸放热没有热传死角。 球体外部为均匀为圆球体机械，强度最大，适合大型储冰传统使用。尤其不冻结液更换时冰球不因堆集，而挤压破裂或变形。 圆球式设计于储冰槽内存放密度最高，储冰容积最大，相同储存冷量是圆球式所需储冰槽最小。,其他制冰方式,胶囊式 - 在高密度容器内填充去离子水和帮助冰成核溶液混合液或PCMs（相变物质）物质。外型有矩形（冰砖）等。冰球式也属于胶囊式 。 冰获得储冰式 - 又为动态储冰式或制冰滑落式 冰泥,冷冻水温度控制,蓄冰系统,储冰槽释放固定等量的冷量作为主要冷源。若大楼的冷量负荷超出储冰槽所供应的冷量，由主机供应，主机仅在设计日尖峰负荷时，才满载运转，主机大部分时间在部分负荷下运行。,串联流程-融冰优先方式,串